[精选]工程材料及成形技术基础 金属材料热处理11517.pptx

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1、热处理热处理金属材料热处理金属材料热处理碳钢的问题碳钢的问题:1.强度较低强度较低,不能承受高载荷不能承受高载荷;改善钢性能的途径：改善钢性能的途径：合金化合金化 3.热硬性差热硬性差,只能在只能在200 C以下工作以下工作 2.淬透性差淬透性差,不能做大件和复杂件不能做大件和复杂件4.不能满足某些特殊性能要求不能满足某些特殊性能要求热处理热处理 热处理热处理一般机械零件的加工路线是：一般机械零件的加工路线是：毛坯（铸、锻）毛坯（铸、锻）预备热处理预备热处理 机加工机加工 最终热处理最终热处理分类：分类：普通热处理普通热处理：退火、正火、淬火、回火：退火、正火、淬火、回火表面热处理表面热处理：

2、表面淬火：感应加热淬火表面淬火：感应加热淬火、火焰加热淬火、火焰加热淬火化学热处理：渗碳、渗氮、渗金属化学热处理：渗碳、渗氮、渗金属热处理热处理热处理热处理热处理热处理亚共析钢：亚共析钢：Ac3+30 50 C,组织组织：F+P共析钢：共析钢：Ac1+30 50 C,组织组织：P过共析钢：过共析钢：Ac1+30 50 C,组织组织：P 球球 4.1 4.1 退火与正火退火与正火4.1.1 4.1.1 退火退火(annealing)annealing)随炉冷却随炉冷却热处理热处理退火的退火的目的目的：1.降低硬度以便于切削加工降低硬度以便于切削加工 2.消除残余内应力以防止钢件在淬火和使用消除残

3、余内应力以防止钢件在淬火和使用 时发生变形和开裂时发生变形和开裂 3.细化晶粒，改善组织，提高力学性能细化晶粒，改善组织，提高力学性能 4.为最终热处理做准备为最终热处理做准备 热处理热处理 2 2.等温退火等温退火 可使工件在炉内的停留时间大大缩短。可使工件在炉内的停留时间大大缩短。1 1.完全退火完全退火 适于亚共析钢和铸件、锻件及焊接件，使钢软化以便于切适于亚共析钢和铸件、锻件及焊接件，使钢软化以便于切 削加工，并可消除内应力。削加工，并可消除内应力。热处理热处理 3.球化退火球化退火 适于共析钢和过共析钢，获得球状珠光体，以降硬度，改善适于共析钢和过共析钢，获得球状珠光体，以降硬度，改

4、善切削加工性能，减小淬火的变形和开裂。切削加工性能，减小淬火的变形和开裂。热处理热处理5.去应力退火去应力退火 适适 于：铸件、锻件、焊接件、冷拉伸件、切削加工件于：铸件、锻件、焊接件、冷拉伸件、切削加工件 目目 的：消除残余应力，以提高尺寸稳定性，防止在切的：消除残余应力，以提高尺寸稳定性，防止在切 削加工中和使用过程中的变形和裂纹倾向削加工中和使用过程中的变形和裂纹倾向4.扩散退火扩散退火 适适 于：合金钢大型铸、锻件于：合金钢大型铸、锻件 目目 的：消除晶内偏析的：消除晶内偏析 6.再结晶退火再结晶退火 用于处理冷轧、冷拉、冷挤压等发生加工硬化的钢材用于处理冷轧、冷拉、冷挤压等发生加工硬

5、化的钢材热处理热处理 亚共析钢：亚共析钢：F+S 共析钢：共析钢：S 过共析钢：过共析钢：S+Fe3C粒状粒状 4.1.2 正火正火(normalizing)：空中冷却空中冷却热处理热处理目目 的的：获得马氏体和贝氏体组织，：获得马氏体和贝氏体组织，提高硬度和耐磨性提高硬度和耐磨性 （工具、模具、量具、滚动轴承）（工具、模具、量具、滚动轴承）4.2 钢的淬火钢的淬火（最重要，最广泛）（最重要，最广泛）(quenching)定定 义义；是将钢件加热到；是将钢件加热到Ac1或或Ac3以上保温一定时间后，以上保温一定时间后，快速冷快速冷 却（通常大于临界冷却速度却（通常大于临界冷却速度Vc），），以

6、得到马氏体（下贝氏以得到马氏体（下贝氏 体）组织的热处理工艺体）组织的热处理工艺热处理热处理热处理热处理热处理热处理热处理热处理亚共析钢亚共析钢：M M共析钢、过共析钢共析钢、过共析钢：M M+Fe3C 粒状粒状合金钢合金钢：M M+M MxCy粒状粒状4.2.1 淬火加热温度和加热时间淬火加热温度和加热时间原原 则：得到均匀细小的奥氏体晶粒则：得到均匀细小的奥氏体晶粒热处理热处理4.2.2 淬火冷却介质淬火冷却介质 在在C曲线鼻尖出处冷却速度足够快，曲线鼻尖出处冷却速度足够快，其余各处不必太快其余各处不必太快 水水：碳素钢碳素钢 盐水：盐水：形状简单、变形形状简单、变形 要求不严、截面较大要

7、求不严、截面较大 的碳钢零件的碳钢零件 油：油：合金钢合金钢热处理热处理4.2.3 淬火冷却方法淬火冷却方法 单介质淬火法单介质淬火法 双介质淬火法双介质淬火法 马氏体分级淬火法马氏体分级淬火法 贝氏体等温淬火法贝氏体等温淬火法 冷处理冷处理 局部淬火局部淬火热处理热处理4.3 钢的淬透性钢的淬透性(hardenability)淬硬层深度淬硬层深度：工件表面到半马氏体区（：工件表面到半马氏体区（50%M+50%T)的深度的深度4.3.1 钢的淬透性钢的淬透性淬淬 透透 性性：是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。：是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。淬淬 硬硬 性性：是指钢在淬火后所能达到的最高

8、硬度：是指钢在淬火后所能达到的最高硬度热处理热处理影响临界冷却速度的因素有：影响临界冷却速度的因素有：1）钢的含碳量钢的含碳量 2）合金元素：除合金元素：除Co、Al外的元素都提高淬透性外的元素都提高淬透性 3）钢中未溶物质钢中未溶物质 淬透性是钢材本身所固有的属性淬透性是钢材本身所固有的属性 淬透性主要受临界冷却速度影响，临界冷却速度越小，钢的淬透性主要受临界冷却速度影响，临界冷却速度越小，钢的淬透性越大。淬透性越大。热处理热处理4.3.2 淬透性的测试方法淬透性的测试方法 临界直径法临界直径法：45钢钢D（水）水）=16mm 45钢钢D（油）油）=8mm 顶端淬火法顶端淬火法：用于测定碳素

9、结构钢和低、中合金结构钢的淬透性用于测定碳素结构钢和低、中合金结构钢的淬透性 表表 示：示：如：如：45钢钢 40Cr 钢钢40Cr钢钢D（水）水）=36mm 40Cr钢钢D（油）油）=20mm热处理热处理热处理热处理4.3.3 淬透性与选材的关系淬透性与选材的关系 1）连杆、螺栓、锻模、锤杆）连杆、螺栓、锻模、锤杆高淬透性（并要求全部淬透）高淬透性（并要求全部淬透）2）弹簧）弹簧高淬透性高淬透性 3）机床主轴、汽车半轴、齿轮）机床主轴、汽车半轴、齿轮低淬透性低淬透性 （淬透层深度（淬透层深度1/21/3 D）4）工具类工件）工具类工件高淬透性高淬透性 5）焊接件、表面淬火件）焊接件、表面淬火

10、件低淬透性低淬透性热处理热处理4.4 淬火钢的回火淬火钢的回火(tempering)4.4.1 回火的目的：回火的目的：目目 的：的：1）降低脆性，减少或消除内应力，防止工件）降低脆性，减少或消除内应力，防止工件 变形和开裂变形和开裂 2）提高塑性和韧性）提高塑性和韧性 3）稳定组织，从而稳定工件尺寸）稳定组织，从而稳定工件尺寸 4）代替软化退火组织）代替软化退火组织1.钢在回火时的组织转变过程：钢在回火时的组织转变过程：4.4.2 回火组织转变及性能变化回火组织转变及性能变化渗碳体聚集长大渗碳体聚集长大马氏体的分解马氏体的分解-残余奥氏体分解残余奥氏体分解-渗碳体的形成渗碳体的形成-热处理热

11、处理2.回火后的组织和性能回火后的组织和性能3）回火索氏体回火索氏体（500 650）2）回火托氏体回火托氏体（350 450）1）回火马氏体回火马氏体（250 以下）以下）热处理热处理*4.4.3 回火工艺及应用回火工艺及应用 2）中温回火中温回火(350500)T回回，35 45 HRC 特特 点：内应力基本消除，具有极高的弹性极限和良好的韧性。点：内应力基本消除，具有极高的弹性极限和良好的韧性。用用 于：各种弹簧零件及热锻模具的处理。于：各种弹簧零件及热锻模具的处理。1）低温回火低温回火(150250)M 回回，55 64 HRC 特特 点：降低钢中残余应力和脆性，而保持高强度、硬度和耐

12、磨性点：降低钢中残余应力和脆性，而保持高强度、硬度和耐磨性 用用 于：工具、量具、滚动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。于：工具、量具、滚动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。3）高温回火高温回火(500650)S回回，25 35 HRC 淬火淬火+高温回火高温回火调质处理调质处理 特特 点：具有较高综合机械性能点：具有较高综合机械性能 用用 于：中碳成分结构钢制造的各种重要的结构零件，特别是在交于：中碳成分结构钢制造的各种重要的结构零件，特别是在交 变载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等，还可作为某些精变载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等，还可作为某些精 密零件（如精密量具、模具）的预先热处理密零件

13、（如精密量具、模具）的预先热处理热处理热处理热处理热处理快冷可避免快冷可避免对大件可加对大件可加Mo、W、Nb4.4.4 回火脆性回火脆性1.第一类回火脆性（低温回火脆性）第一类回火脆性（低温回火脆性）：250 350C回火时出现，回火时出现，无法消除，所以避开。无法消除，所以避开。2.第二类回火脆性（高温回火脆性）第二类回火脆性（高温回火脆性）：500 650C回火时出现，回火时出现，主要发生在含主要发生在含Cr、Si、Ni、M n等合金元素的结构钢中，当等合金元素的结构钢中，当 在此温度内长时间保温或缓冷时出现在此温度内长时间保温或缓冷时出现热处理热处理 表面：表面：M 回回表面淬火表面淬

14、火+低温回火后的组织：低温回火后的组织：S回回 心部：心部：F+S 表面淬火是通过快速加热使钢件表面达到临界温度以上，不等表面淬火是通过快速加热使钢件表面达到临界温度以上，不等热量传到工件内层就迅速予以冷却，只使表面被淬硬为马氏体，而热量传到工件内层就迅速予以冷却，只使表面被淬硬为马氏体，而内层仍为塑、韧性良好的组织。内层仍为塑、韧性良好的组织。4.5 钢的表面淬火钢的表面淬火用于承受弯曲、扭转、摩擦或冲击的零件。用于承受弯曲、扭转、摩擦或冲击的零件。材材 料料：含碳量含碳量0.40%0.50%预先热处理：预先热处理：正火或调质正火或调质热处理热处理 4.5.1感应加热表面淬火感应加热表面淬火

15、热处理热处理 1.基本原理基本原理 =，800 1000C 1）高频感应加热高频感应加热：100 500KHz，=0.5 2.0 mm 中小模数的齿轮及中小尺寸的轴中小模数的齿轮及中小尺寸的轴 2）中频感应加热中频感应加热：500 10000Hz，=2 10 mm 较大尺寸的轴和大中模数的齿轮较大尺寸的轴和大中模数的齿轮 3）工频感应加热工频感应加热：50Hz，=10 15 mm 直径直径300以上的轧辊、火车车轮以上的轧辊、火车车轮 2.感应加热表面淬火感应加热表面淬火+低温回火低温回火热处理热处理热处理热处理热处理热处理4.5.2 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火 利用乙炔火焰将工件表面快

16、速加热到淬火温度，然后立即用水利用乙炔火焰将工件表面快速加热到淬火温度，然后立即用水喷射冷却，此法适于单件或小批量零件的表面淬火。喷射冷却，此法适于单件或小批量零件的表面淬火。热处理热处理4.7.1.钢的渗碳钢的渗碳 4.7 钢的化学热处理钢的化学热处理 是利用物理、化学反应来改变工件表面的成分与组织，从而是利用物理、化学反应来改变工件表面的成分与组织，从而使工件表面获得与心部不同的力学或物理、化学性能的工艺方法使工件表面获得与心部不同的力学或物理、化学性能的工艺方法渗碳材料：渗碳材料：低碳钢和低碳低合金钢低碳钢和低碳低合金钢（20，20CrMnTi）方方 法：法：气体渗碳气体渗碳、固体渗碳和

17、液体渗碳、固体渗碳和液体渗碳 工工 艺：艺：渗碳渗碳+淬火淬火+低温回火低温回火目目 的：的：表面具有高硬度和高的耐磨性，而心部仍保持良好表面具有高硬度和高的耐磨性，而心部仍保持良好 的塑、韧性的塑、韧性(如汽车、拖拉机上的变速齿轮）如汽车、拖拉机上的变速齿轮）热处理热处理气气 体体 渗渗 碳碳热处理热处理 渗碳后淬火渗碳后淬火+低温回火：表层为：马氏体低温回火：表层为：马氏体+碳化物碳化物 心部为：珠光体心部为：珠光体+铁素体铁素体 用用 于：于：表面要求耐磨，并承受较大冲击载荷的零件表面要求耐磨，并承受较大冲击载荷的零件 不需渗碳的部位：可镀铜不需渗碳的部位：可镀铜 或或 留加工余量留加工

18、余量 4.7.2 渗氮渗氮 方方 法：使用氨气形成颗粒细小、分布均匀、硬度很高并且十分稳法：使用氨气形成颗粒细小、分布均匀、硬度很高并且十分稳 定的各种氮化物，如定的各种氮化物，如AlN、CrN、MoN、TiN、VN等，等，适适 于：有于：有35CrMo、18CrNiW和和38CrMoAlA等。而碳钢由于渗氮等。而碳钢由于渗氮 后不形成特殊氮化物，固不用作氮化用钢后不形成特殊氮化物，固不用作氮化用钢 特特 点：点：氮化后表面硬度高（氮化后表面硬度高（HV100 1200)；氮化温度低，且不需要后续热处理，变形小；氮化温度低，且不需要后续热处理，变形小；耐蚀性高；耐蚀性高；氮化层薄，周期长，成本

19、高。氮化层薄，周期长，成本高。热处理热处理9、静夜四无邻，荒居旧业贫。3月-233月-23Monday,March 20,202310、雨中黄叶树，灯下白头人。02:34:4602:34:4602:343/20/2023 2:34:46 AM11、以我独沈久，愧君相见频。3月-2302:34:4602:34Mar-2320-Mar-2312、故人江海别，几度隔山川。02:34:4702:34:4702:34Monday,March 20,202313、乍见翻疑梦，相悲各问年。3月-233月-2302:34:4702:34:47March 20,202314、他乡生白发，旧国见青山。20 三月

20、20232:34:47 上午02:34:473月-2315、比不了得就不比，得不到的就不要。三月 232:34 上午3月-2302:34March 20,202316、行动出成果，工作出财富。2023/3/20 2:34:4702:34:4720 March 202317、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2:34:47 上午2:34 上午02:34:473月-239、没有失败，只有暂时停止成功！。3月-233月-23Monday,March 20,202310、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。02:34:4702:34:4702:343/

21、20/2023 2:34:47 AM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。3月-2302:34:4702:34Mar-2320-Mar-2312、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。02:34:4702:34:4702:34Monday,March 20,202313、不知香积寺，数里入云峰。3月-233月-2302:34:4702:34:47March 20,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。20 三月 20232:34:47 上午02:34:473月-2315、楚塞三湘接，荆门九派通。三月 232:34 上午3月-2302:34March

22、 20,202316、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2023/3/20 2:34:4702:34:4720 March 202317、空山新雨后，天气晚来秋。2:34:47 上午2:34 上午02:34:473月-239、杨柳散和风，青山澹吾虑。3月-233月-23Monday,March 20,202310、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。02:34:4702:34:4702:343/20/2023 2:34:47 AM11、越是没有本领的就越加自命不凡。3月-2302:34:4702:34Mar-2320-Mar-2312、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。02:34:4702:

23、34:4702:34Monday,March 20,202313、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。3月-233月-2302:34:4702:34:47March 20,202314、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。20 三月 20232:34:47 上午02:34:473月-2315、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。三月 232:34 上午3月-2302:34March 20,202316、业余生活要有意义，不要越轨。2023/3/20 2:34:4702:34:4720 March 202317、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2:34:47 上午2:34 上午02:34:473月-23MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blandit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis ut cursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉